ENSAIO JAR TEST 2022 Sulfato de Alumínio

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO DO SUL
FACULDADE DE ENGENHARIAS, ARQUITETURA E URBANISMO E GEOGRAFIA
GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AMBIENTAL
DISCIPLINA: TRATAMENTO DE ÁGUA
AULA PRÁTICA:
TESTE DE JARROS (JAR TEST)
ENSAIO JAR TEST
MISTURA-COAgULAÇÃO- FLOCULAÇÃO
1. OBJETIVO
Simular o pré-tratamento da água de modo a conhecer a quantidade de agente coagulante necessário para clarificá-la. 
1. INTRODUÇÃO
As águas brutas e efluentes industriais contém muitas impurezas, como: sólidos suspensos de origem orgânica e inorgânica; e microorganismos e substâncias dissolvidas, que formam um sistema em equilíbrio dinâmico que implica na inviabilidade de remover estas impurezas isoladamente.
Para sanar este problema, são previamente realizados ensaios de clarificação (coagulação, floculação e sedimentação). Estes ensaios simulam o processo de tratamento nas mesmas condições dos Sistemas de Tratamento.
As partículas responsáveis pela cor e turbidez nas águas naturais são normalmente colóides eletricamente desequilibrados, de carga negativa. 
Elas permanecem separadas umas das outras por possuírem mesma carga (negativa) – Força de repulsão.
Para efetuar a clarificação de uma água é imprescindível a neutralização das cargas negativas da matéria em suspensão na água e a aglutinação das partículas para que as mesmas se tornem maiores e possam sedimentar rapidamente.
A coagulação começa no momento em que é adicionado agente coagulante e trata-se de um processo muito rápido. Produto da hidrólise do agente químico adicionado é absorvido pela superfície dos colóides, desestabilizando-os.
A floculação é o fenômeno através do qual as partículas já desestabilizadas chocam-se umas com as outras para formar coágulos maiores (flocos), que sedimentam rapidamente (flotação).
A mistura-coagulação-floculação são processos de condicionamento ou pré-tratamento da água, tendo grande importância para o funcionamento eficiente dos decantadores e filtros. A mistura visa conduzir os constituintes a um estado de uniformidade, a fim de se conseguir uma coagulação homogênea e uma floculação perfeita.
A coagulação e a floculação são muito influenciadas por forças químicas tais como cargas elétricas das partículas, capacidade de troca, concentração e tamanho das partículas, pH, turbidez, temperatura e concentração dos eletrólitos.
	No tratamento da água porém, o termo coagulação se aplica á adição de substâncias químicas solúveis, que tem a propriedade de reagirem entre si ou com outras substâncias dissolvidas na própria água a ser tratada, disso resultando a formação de flocos gelatinosos.
Esses flocos têm a propriedade de absorver as partículas em suspensão existentes na águas e decantar em tempo relativamente rápido devido à sua densidade. 
	Estas substâncias químicas que promovem a coagulação, são geralmente compostos de Alumínio e Ferro.
	Quanto a reação, os coagulantes podem ser classificadas em ácidos e básicos. Dentre o ácidos, os mais comuns são:
Al2(SO4)3.18H2O ; FeSO4.7H2O ; FeCl3 ; Fe2(SO4)3 ;
Dentre os básicos:
Al2(SO4)3 ; Cal ; Na2CO3 ; NaHCO3
Reações com FeSO4
	FeSO4 + Ca(OH)2 	 CaSO4 + Fe(OH)2
	Fe(OH)2 + O2 + H2O 	 4 Fe(OH)3 (insolúvel e gelatinoso)
Útil para águas com pH elevado (faixa de pH 8,5 – 11).
Reações com Aluminato de Sódio
	NaAlO2 + 2 H2O Na+ + OH- + Al(OH)3
pode ser empregado junto com a cal, para abrandamento de águas (faixa de pH 6 – 8,5).
	Reações com Al2(SO4)3.18H2O
	Al2(SO4)3 + 3 Ca(OH)2 	 3 CaSO4 + 2 Al(OH)3 (insolúvel e gelatinoso)
	Al2(SO4)3 + Ca(HCO3)2 	 3 CaSO4 + 6 CO2 +2 Al(OH)3 
	Al2(SO4)3 + 3 Na2CO3 	 3 Na2SO4 + 3 CO2 + 2 Al(OH)3
Isto é que ocorre, quando o Al2(SO4)3 é empregado no tratamento de águas turvas com pH entre 5,7 - 8,0 a que representa a maioria dos casos na prática.
O Sulfato de Alumínio é fácil de transportar e manusear, tem baixo custo, pode ser encontrado no estado liquido ou sólido.
As doses de Al2(SO4)3 usadas variam com pH, alcalinidade, cor, turbidez, teor de Sólidos, temperatura, e outros que ficam comumente entre 15 e 30 ppm.
Produtos usados como auxiliares
polieletrólitos
Possuem grande cadeia molecular. No meio aquoso passam a apresentar um número alto de cargas distribuídas ao longo de sua cadeia. Vantagens: acelera a sedimentação (flotação), pode abaixar o potencial Zeta coagulando e promovendo a floculação, reduz o consumo de coagulantes, e outros.
Obs.: O potencial Zeta está associado à aplicação da diferença de potencial em uma amostra de água contendo colóides negativos de tal forma que uma certa porção do meio, em torno da partícula, caminha junto com esta ao eletrodo positivo, caracterizando o plano de cisalhamento.
Este potencial pode fornecer indicações do grau de estabilidade de um sistema coloidal.
flocos pré-formados
Consiste no retorno de lodos frescos. Podem auxiliar a processo de floculação.
argila preparada
Empregada para melhorar as condições de floculação e de sedimentação de águas com baixa turbidez.
sílica ativada
Melhora as condições de sedimentação. Acelera a floculação.
desestabilização das partículas coloidais
Casos de ensaios utilizando sais de alumínio como agente coagulante / floculante.
desestabilização por adsorção
É o processo que desestabiliza os colóides através da adsorção, em sua superfície, de produtos de hidrólise do alumínio, de carga oposta (neutralização).
Exige um bom misturador rápido, ocorre em faixas estreitas de pH, dosagens excessivas de floculante podem reestabilizar as partículas que se deseja remover. As partículas coloidais negativas tornam-se positivas.
desestabilização por varredura
Dependendo da quantidade adicionada de sal (coagulante), do pH da mistura e da concentração de alguns tipos de íons na água, poderá ocorrer a formação de precipitados gelatinosos de hidróxido de alumínio. 
O processo desestabiliza os colóides através da saturação da água em tratamento com o gel de hidróxido de alumínio. Como as partículas são envolvidas pelo gel, este mecanismo não depende da neutralização da carga dos colóides, a condição ótima da coagulação pode não ser àquela de menor potencial Zeta.
Esse mecanismo é intensivamente utilizado nas estações de tratamento em que se tem a floculação e sedimentação antecedendo a filtração, pois os flocos resultantes são de maior tamanho e apresentam velocidades de sedimentação relativamente altas se comparados aos flocos obtidos com o coagulação realizada no mecanismo de adsorção – neutralização.
desestbilização por adsorção e varredura
A desestabilização dos colóides é feita num mecanismo de adsorção e varredura combinados.
OBJETIVO DO ENSAIO
O ensaio tem como objetivo simular as etapas de coagulação e floculação da água bruta, no seu tratamento para consumo humano. Especificamente, tem-se os seguintes objetivos:
- Avaliar e indicar a melhor dosagem de sulfato de alumínio obtida no ensaio (também considerando as respostas dos parâmetros analisados), visando repetir futuramente o ensaio em faixa de dosagem mais específica, daquela indicada como resultado deste ensaio; e
- Indicar outras possibilidades de variações de parâmetros para repetição do ensaio Jar Test, visando a otimização do tratamento da água.
coleta e preservação da amostra
As amostras deverão ser coletadas em frascos de vidro ou polietileno. A análise deverá ser efetuada o mais breve possível a fim de manter a máxima semelhança entre as propriedades da amostra e sua fonte.
Neste roteiro, especificamente, dada às condições de pandemia, para evitar as atividades presenciais, e sem prejuízo ao conhecimento a ser adquirido, a coleta e preservação de amostras é conteúdo ministrado nesta disciplina e também complementado na disciplina de Práticas de Operação de Sistemas de Saneamento” deste curso.
análises da água bruta anteriormente à realização do ensaio
Inicialmente deve ser realizada a análise para caracterização da água bruta após a coleta, objeto do ensaio do Teste de Jarros. As análises para a caracterização estão listadas a seguir, visando a tratabilidadepor coagulação e floculação, para subsidiar a faixa de dosagem e escolha dos produtos coagulantes, auxiliares, faixa de pH e alcalinidade do tratamento: alcalinidade, cor, condutividade, pH, turbidez, segundo os métodos e técnicas preconizados pelo Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA et al., 2017).
Neste roteiro, especificamente, dada às condições de pandemia, para evitar as atividades presenciais, e sem prejuízo ao conhecimento a ser adquirido, os dados de caracterização da água proveniente do Lago do Amor, as coletas e análises foram gravadas e apresentadas juntamente com este arquivo, e os resultados obtidos estão apresentados a seguir:
Tabela 1. Características da água bruta.
	Parâmetro / Unidade
	Alcalinidade (mg CaCO3/L)
	Cor
(mgPt-Co/L)
	Condutividade
(μS/cm)
	Temperatura da amostra (°C)
	Turbidez* (UNT)
	pH
	Água Bruta
	47,33
	15,0
	81,70
	21
	233,0
	7,90
* média de três medições.
princípio do método
	O coagulante adotado (Al2(SO4)3.18H2O) ao reagir com as substâncias alcalinas em certa condições de pH produz o Al(OH)3 que é insolúvel tendendo a se agrupar em partículas maiores (pois é um polímero gelatinoso cercado de cargas positivas).
	Este elemento gelatinoso e floculento de grande carga positiva [ Al(OH)3 ] é capaz de absorver partículas de carga contraria (ARGILA COLOIDAL, BACTÉRIAS, ETC.) clarificando desse modo a água.
interferentes
	Águas moles, com baixa turbidez e cor elevada, admitir-se que o floco formado não seja de Al(OH)3 e sim o chamado “FLOCO DE COR”, e que representa uma reação direta entre os íons Al e os colóides de cor, negativamente carregados. Para isso muitas vezes é necessário baixar o pH da água a valores próximos de 4, podendo-se usar para isso o ácido sulfúrico. Águas contendo sulfeto podem desenvolver coloração escura ao se adicionar cloreto férrico, e variar conforme a concentração de ambos os compostos.
materiais utilizados
pHmetro
condutivímetro
Aparelho Jar Test
Becker
Cronômetro
Turbidímetro
reagentes
Solução de Sulfato de Alumínio 10g/L [ Al2(SO4)3 ]. 
procedimento
Foi realizado 1 ensaio utilizando-se o Sulfato de Alumínio 10g/L [ Al2(SO4)3 ], em 06 diferentes dosagens (uma concentração para cada jarro). 
Procedimento:
a) Colocar 2 litros da amostra de água a ser tratada em seis beckers. 
b) Acoplar esses beckers ao aparelho Jar Test. Ligar o aparelho, imprimindo a rotação máxima às palhetas.
	
c) Com a água dos beckers fortemente agitada, adiciona-se então a solução de Al2(SO4)3 1% em doses crescentes.
Obs.: Essas doses são escolhidas de acordo com o conhecimento que o operador possua sobre a natureza da água, mas ficam geralmente entre 10 a 60 mg/L, variando de 10 em 10 mg/L (para isto, serão adicionados os volumes de 2mL, 4 mL, 6 mL, 8 mL, 10 mL e 12 mL de coagulante em cada jarro, respectivamente).
d) Após a adição do coagulante, manter a agitação máxima durante 1 minuto. Passado esse tempo, diminui-se gradativamente a velocidade de rotação, até 30 rpm. A menor movimentação da água permite o crescimento do flocos que se formam.
Obs.: * A velocidade de rotação varia à vontade do operador. Sugere-se após 1 a 2 minutos em rotação máxima, a velocidade permaneça em 30 rpm por 10 minutos, baixando-a, após para 20 rpm, e mantendo-a por 15 minutos.
e) Essa mistura lenta é mantida durante 15 a 20 minutos e, então, desliga-se o aparelho para permitir a decantação dos flocos. 
f) Após 5 minutos de decantação, coleta-se as amostras do sobrenadante dos Jarros e verifica-se em que becker a água sobrenadante se mostra mais clarificada, e realiza-se análises dos mesmos parâmetros realizados na caracterização da água bruta (Item 5), para interpretação dos resultados de variação dos parâmetros (pH, condutividade e alcalinidade) e eficiência de remoção de poluentes para cor e turbidez. A seguir estão mostradas as fotos da realização dos ensaios:
	a) 
	b) 
Figura 1 (a) e (b). Realização das dosagens simultaneamente, considerando as concentrações de 10mg/L, 20 mg/L, 30 mg/L, 40 mg/L, 50 mg/L e 60 mg/L para cada jarro contendo 2L de água bruta.
Figura 2. Agitação dos jarros, simulando a coagulação.
Figura 3. Decantação após agitação das etapas de coagulação e floculação utilizando-se o sulfato de alumínio, nas concentrações de 10mg/L a 60mg/L, da esquerda para a direita.
Controle de qualidade
Não é aplicado nesta análise.
limite de detecção do método (ldm)
Não há LDM para esta análise.
Cálculos
A quantidade de agente coagulante por litro, necessário para a clarificação da água é aquela adicionada ao becker que ao final da análise apresentou a água mais clarificada. As análises realizadas para avaliar a qualidade do clarificado são: Cor, turbidez, alcalinidade, condutividade e pH.
Em caso de 2 ou mais beckers com a amostra igualmente clarificada, considera-se o becker de menor volume de agente coagulante adicionado. Avalia-se também o volume de lodo formado e sedimentado em cada becker.
Resultados analíticos obtidos
Os resultados de cada ensaio estão apresentados na Tabela 1.
Tabela 1. Resultados obtidos com a caracterização das amostras sobrenadantes de cada jarro do ensaio com o coagulante sulfato de alumínio, sendo que o Jarro 1 corresponde à menor concentração (10mg/L) e o Jarro 6 corresponde à maior concentração adicionada (60mg/L).
	Parâmetros
(unidade)
	Amostra Jarro 1
	Amostra Jarro 2
	Amostra Jarro 3
	Amostra Jarro 4
	Amostra Jarro 5
	Amostra Jarro 6
	Alcalinidade
	39,28
	36,80
	29,61
	26,75
	19,10
	16,84
	Condutividade
	88,3
	91,40
	93,1
	97,2
	99,9
	104,3
	Cor 
	5,00
	<0,1
	<0,1
	<0,1
	<0,1
	<0,1
	pH 
	6,93
	6,90
	6,85
	6,81
	6,74
	6,66
	Temperatura
	21
	21
	21
	21
	21
	21
	Turbidez
	41,2
	7,49
	5,52
	3,69
	2,60
	3,91
interpretação dos resultados
Na devida interpretação dos resultados obtidos, é importante observar:
- Como ocorreu a variação dos parâmetros analisados na água bruta e na água tratada para cada concentração testada (em cada Jarro) em ambos os ensaios;
- Qual a melhor eficiência de remoção de turbidez comparando-se ambos os ensaios;
- Qual a menor dosagem possível, considerando os melhores resultados de eficiência de remoção de cor e turbidez para cada ensaio;
- Considerar o pH em comparação com as faixas de atuação de cada coagulante (conforme referências teóricas);
- Verificar no ensaio, considerando 6 jarros com diferentes dosagens de cada coagulante, se foi possível observar uma curva onde se identifica a dosagem na qual há o menor valor de turbidez da água tratada, sendo que amostras com dosagens menores e maiores que a dosagem ótima, houve aumento da turbidez na água tratada.
- Concluir sobre a necessidade de repetição de ensaios para otimizar dosagem e/ou ajustes de pH ou alcalinidade, e em quais faixas de dosagem.
referências bibliográficas
APHA; AWWA; WEF. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 23rd edition. Washington DC: American Public Health Association, Association, American Water Works Association, Water Environment Federation, 2017.
BERNADO, D.L.; Métodos e Técnicas de Tratamento de Água. Volume 1. Rio de Janeiro: ABES – Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental, 1993. Capítulo 7.